Kurs:Algebraische Zahlentheorie (Osnabrück 2020-2021)/Arbeitsblatt 18/latex

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\zwischenueberschrift{Aufgaben}

In den nächsten Aufgaben verwenden wir die folgende Definition.


Ein \definitionsverweis {Körper}{}{} $K$ heißt \definitionswort {vollkommen}{,} wenn jedes \definitionsverweis {irreduzible Polynom}{}{}
\mathl{P \in K[X]}{} \definitionsverweis {separabel}{}{} ist.





\inputaufgabe
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {vollkommener Körper}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ K }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{}
{ }{}
} {}{}{} eine \definitionsverweis {endliche Körpererweiterung}{}{.} Zeige, dass
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{ K }
{ \subseteq }{ L }
{ }{ }
{ }{}
{ }{}
} {}{}{} eine \definitionsverweis {separable Körpererweiterung}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass jeder \definitionsverweis {Körper}{}{} der \definitionsverweis {Charakteristik}{}{} $0$ \definitionsverweis {vollkommen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass jeder \definitionsverweis {algebraisch abgeschlossene Körper}{}{} \definitionsverweis {vollkommen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass ein \definitionsverweis {endlicher Körper}{}{} \definitionsverweis {vollkommen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Es sei $K$ ein \definitionsverweis {Körper}{}{} der \definitionsverweis {Charakteristik}{}{} $p$. Zeige, dass $K$ genau dann \definitionsverweis {vollkommen}{}{} ist, wenn der \definitionsverweis {Frobeniushomomorphismus}{}{} auf $K$ \definitionsverweis {surjektiv}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige, dass der Körper
\mathl{{\mathbb F}_p(X)}{} der rationalen Funktionen nicht \definitionsverweis {vollkommen}{}{} ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Zeige mit Hilfe der \definitionsverweis {Ableitung}{}{,} dass der \definitionsverweis {Zahlbereich}{}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{S }
{ =} { \Z[X]/ { \left( X^3-3X+1 \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{p }
{ = }{2,5 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} nicht \definitionsverweis {verzweigt}{}{} und für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{p }
{ = }{3 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} verzweigt ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Zeige mit Hilfe der \definitionsverweis {Ableitung}{}{,} dass der \definitionsverweis {Zahlbereich}{}{}
\mavergleichskettedisp
{\vergleichskette
{S }
{ =} { \Z[Y] / { \left( Y^4-Y^3-4Y^2+4Y+1 \right) } }
{ } { }
{ } { }
{ } { }
} {}{}{} für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{p }
{ = }{2 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} nicht \definitionsverweis {verzweigt}{}{} und für
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{p }
{ = }{3,5 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} verzweigt ist.

}
{} {}




\inputaufgabegibtloesung
{}
{

Sei
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{F }
{ = }{X^3+2X-1 }
{ \in }{\Z[X] }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{.} \aufzaehlungfuenf{Zeige, dass \mathkor {} {F} {und} {F'} {} in $\Q[X]$ das \definitionsverweis {Einheitsideal}{}{} erzeugen. Man gebe explizit eine Darstellung der $1$ an. }{Zeige, dass das von \mathkor {} {F} {und} {F'} {} erzeugte Ideal in $\Z[X]$ eine minimale positive ganze Zahl
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{n }
{ > }{0 }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} enthält. }{Bestimme, für welche \definitionsverweis {Primzahlen}{}{} $p$ der \definitionsverweis {Faserring}{}{}
\mathl{\Z/(p)[X]/ { \left( X^3+2X-1 \right) }}{} \definitionsverweis {reduziert}{}{} ist. }{Bestimme für diejenigen Primzahlen $p$, für die der Faserring nicht reduziert ist, die Primfaktorzerlegung von $X^3+2X-1$ in
\mathl{\Z/(p)[X]}{.} }{Ist
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R }
{ = }{ \Z[X]/ { \left( X^3+2X-1 \right) } }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ein \definitionsverweis {Zahlbereich}{}{?} }

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{R }
{ \subseteq }{S }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} und
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{S }
{ \subseteq }{T }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} \definitionsverweis {endliche Erweiterungen}{}{} von \definitionsverweis {Dedekindbereichen}{}{.} Es sei ${\mathfrak p}$ ein \definitionsverweis {Primideal}{}{} von $R$, das in $S$ \definitionsverweis {verzweigt}{}{.} Zeige, dass dann ${\mathfrak p}$ auch in $T$ verzweigt.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es seien
\mavergleichskette
{\vergleichskette
{S }
{ \subseteq }{T }
{ }{ }
{ }{ }
{ }{ }
} {}{}{} ineinander enthaltene \definitionsverweis {Zahlbereiche}{}{.} Zeige, dass ein Primteiler der \definitionsverweis {Diskriminante}{}{} von $S$ auch ein Teiler der Diskriminante von $T$ ist.

}
{} {}




\inputaufgabe
{}
{

Es sei $R$ der $p$-te \definitionsverweis {Kreisteilungsring}{}{} zu einer ungeraden \definitionsverweis {Primzahl}{}{} $p$. Zeige unter Verwendung von Aufgabe 17.20, Aufgabe 18.11, Lemma 17.16 und Lemma 9.9, dass $R$ die Quadratwurzel aus
\mathl{(-1)^{(p-1)/2} p}{} enthält.

}
{} {}